低频振动作用下人体椎间盘多孔弹性单元的研究

建立了 L4/L5段人体腰椎关节的非线性多孔弹性单元有限元模型，并对该模型进行了轴向静力（0Hz)和低频(0.01 Hz、0.1 Hz、0.5 Hz、1 Hz)振动作用各1小时的仿真研究，对比了在不同频率振动作用下人体脊椎组织的多孔弹性单元力学特性。结果表明：在相同振幅和时间内，与低频(0.01Hz、0.1Hz)相比，相对较高频率(0.5 Hz、1 Hz)作用下的椎间盘组织产生的轴向位移较大，髓核和纤维环的孔压应力均呈现逐渐上升的趋势；与此同时，髓核的有效应力逐渐增加，而纤维环的有效应力却逐渐减少；在相对较低频率(0.01Hz、0.1Hz)作用下的各项力学特性指标与静力作用下的相比，差值均在3%以下；加载时间超过600s 后，振动频率的增加更容易使椎间盘轴向位移增大；相对较高频率(0.5 Hz、1 Hz)振动作用下髓核和纤维环内的孔压值逐渐升高，而静力压缩和相对较低频率(0.01 Hz、0.1 Hz)振动作用下孔压值却逐渐降低；不断增加的孔压应力使椎间盘内的体液流失速率变大，导致椎间盘退化。